2023년 02월 08일 06:00:00 || 최영지·이다원 기자
“메모리 게임체인저” 3D D램 시대 도래…삼성과 SK, 초격차 기술 속도전
“3D D램은 3~4년 안에 초미세 공정의 한계를 극복할 메모리 반도체 시장의 게임 체인저로 보고 있습니다. 3D DRAM 아키텍처(반도체 기반 설계)가 개발되면 상당한 기술 격차가 확보된다.
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“3D D램은 3~4년 안에 초미세 공정의 한계를 극복할 메모리 반도체 시장의 게임 체인저로 보고 있습니다. 3D DRAM(반도체 기반 설계) 아키텍처를 개발하면 상당한 기술 격차를 메울 수 있습니다. 특히 채팅 GPT와 인공지능(AI) 발전을 위해서는 반드시 필요하다.” (반도체 업계 관계자)
삼성, 첨단기술 연구과제…”메모리가 경쟁력 된다”
7일 업계 자료에 따르면 세계 메모리반도체 시장 1, 2위 삼성전자(005930)와 SK하이닉스(000660)가 반도체연구소에서 3D D램 연구개발(R&D)을 진행하고 있다. 각 연구를 담당하는 미래기술연구소가 한창입니다. 그들은 3D-DRAM을 메모리 시장의 판도를 바꿀 미래의 핵심 기술로 보고 있기 때문입니다. 두 회사 모두 이것을 차세대 기술 연구로 보고 있지만 서로 다른 로드맵을 기반으로 연구에 박차를 가하고 있습니다. 업계 관계자는 “3D D램을 중심으로 연구개발을 진행 중이며 성과가 나면 태스크포스나 사업팀으로 만들 계획”이라고 말했다. 특히 삼성전자 반도체연구소는 연구인력을 확충해 선행 기술 연구에 집중한다.
3D D램은 고가의 극자외선(EUV) 노광 장비 없이도 개발이 가능한 미래형 제품으로 낸드플래시 이후 D램을 적층하고 한정된 공간에서 셀 수를 늘리는 기술이 필요하다. 메모리 제조업체는 트랜지스터와 커패시터로만 구성된 수십억 개의 셀로 구성된 DRAM 성능을 개선하기 위해 셀 크기와 간격을 줄임으로써 기술을 추진했습니다. 셀을 평평하게 쌓아 올리는 3D D램 기술은 한정된 공간에서 셀을 늘리는 물리적 한계에 도달하면서 개발되고 있다.
3D D램은 인공지능(AI), 데이터센터, 이미지센서(CIS) 등 분야에서 수요가 늘어날 전망이다. KAIST 전기전자공학과 김정호 교수는 “트랜지스터의 3차원화는 현재 기초연구 단계지만 HBM(고대역폭 메모리) 양산을 기반으로 한 기술이라고 할 수 있다”고 말했다. GPT와 같은 초대형 모델은 고성능 D램을 요구하는 만큼 향후 3D D램이 메모리 경쟁력이 될 것”이라고 말했다.
박사 시장조사업체 테크인사이츠의 최정동 씨도 “3D D램은 삼성전자·SK하이닉스·마이크론이 관련 특허를 내면서 최신 IP(지식재산) 특허 동향”이라고 말했다.
앞서 삼성전자는 2019년 기존 2D D램을 가로로 눕혀 쌓아 올린 3D D램 구조 특허를 출원한 바 있다. 반면 업계 3위인 미국 마이크론은 셀을 깔지 않고 트랜지스터와 커패시터의 형태를 변형하는 것이 특징인 특허를 내놨다.
박사 또한 최 대표는 한국 기업들이 3D DRAM 개발과 DRAM 스케일링 모두에 초점을 맞추는 두 가지 전략이 필요하다고 조언했습니다. 그는 “DRAM 스케일링은 EUV 기기뿐만 아니라 높은 개구수(high NA) EUV 기기에서도 계속될 것”이라며 “이는 두 연구의 비율이 5대 5가 돼야 한다”고 말했다.
“메모리 누수를 활용하고 개발을 가속화하며 초격차를 유지하십시오”
업계에서는 3D D램 제품의 개발 기간이 빨라도 3~4년이 될 것으로 예상하고 있다. 나는 시간이 있다고 볼 수 없습니다. 3D D램을 구현하기 위해서는 특허와 원천기술을 바탕으로 상용화가 필요하지만, 메모리 침체기(불황기)에는 개발을 가속화해야 한다는 주문도 나온다. 삼성전자는 지난해 4분기 실적 발표 후 컨퍼런스콜에서 “약해진 시황이 당장 우호적이지는 않지만 미래를 철저히 준비할 수 있는 좋은 기회라고 생각한다”고 말했다.
3D D램은 반도체 경기 침체와 후발 업체들의 기술 추격으로 인한 한국 업체들의 부진을 극복하는 방안으로도 꼽힌다. 김형준 차세대 지능형 반도체 사업부장(서울대 명예교수)은 “삼성전자는 기술 초격차를 유지하기 위해 특단의 조치를 취해야 한다. 기술 발전을 이뤄야 한다”고 강조했다. .
삼성전자와 SK하이닉스는 소비 둔화와 물가 하락으로 지난해 4분기 어닝 쇼크를 겪었다. 올해 1분기 인텔의 새로운 중앙처리장치(CPU)인 사파이어 래피즈가 출시될 것으로 예상됨에 따라 DDR5 수요가 예상됨에 따라 두 회사 모두 성능 향상을 기대하고 있지만 실상은 녹록지 않다. 경기 침체로 빅테크와 같은 서버 투자가 위축될 것으로 예상되고 반도체 경기 회복이 늦어질 것이라는 우려가 커지고 있기 때문이다. 시장조사업체 옴디아는 최근 보고서에서 DDR5의 서버 D램 시장 점유율을 올해 28%에서 13%로 줄였다. 당초 옴디아는 올해가 DDR5가 본격적으로 확장되는 원년이 될 것으로 내다봤다.
시장조사업체 트렌드포스도 올해 1분기 서버용 D램 거래가격이 전분기 대비 20~25% 하락할 것으로 내다봤다. 이는 1분기 DRAM 전체 평균 하락폭인 13~18%보다 낮은 수준이다.
마이크론과 중국의 YTMC(Yangtze Memory Technology)가 기술 추격에 박차를 가하고 있어 한국 기업들에게도 위협이 되고 있다. 마이크론은 지난해 232단 낸드플래시와 5세대(1b) D램 양산 등 차세대 제품을 출시했다. 또 다른 업계 관계자는 “과거에는 후발업체들이 양산을 해도 실적 안정성에 대한 의구심이 있었지만 지금은 기술력이 상당한 수준으로 올라섰다. 우리가 앞장서야 한다”고 말했다.
시장조사업체 트렌드포스도 올해 1분기 서버용 D램 거래가격이 전분기 대비 20~25% 하락할 것으로 내다봤다. 이는 1분기 DRAM 전체 평균 하락폭인 13~18%보다 낮은 수준이다.
마이크론과 중국의 YTMC(Yangtze Memory Technology)가 기술 추격에 박차를 가하고 있어 한국 기업들에게도 위협이 되고 있다. 마이크론은 지난해 232단 낸드플래시와 5세대(1b) D램 양산 등 차세대 제품을 출시했다. 또 다른 업계 관계자는 “과거에는 후발업체들이 양산을 해도 실적 안정성에 대한 의구심이 있었지만 지금은 기술력이 상당한 수준으로 올라섰다. 우리가 앞장서야 한다”고 말했다.